Histoire des mathématiques Algorithme
algorithme de Liu Hui pour π
AlgorithmeNotion historique de mathématique
Son histoire
Avant Liu Hui, on prend souvent 3 pour calculer pi en Chine. La valeur proposée par Zhang Heng lui paraît trop grande. En 263, Liu Hui, du royaume de Cao Wei, achève son commentaire des Neuf chapitres sur l'art mathématique. C'est un classique où chaque problème est suivi de sa réponse et d'une procédure.
L'auteur part d'une figure à six côtés tracée dans un cercle. À chaque étape, il double leur nombre pour rapprocher la surface obtenue de celle du disque.
Les baguettes à compter lui servent à mener les opérations. Il retient 3,14, écrit sous la forme 157/50, tout en précisant que cette approximation est un peu trop petite.
Un raccourci de calcul permet ensuite d'obtenir 3,1416. Le passage qui le décrit s'ouvre sur un récipient de bronze de la dynastie Han conservé dans un entrepôt militaire. L'attribution de ce texte à Liu Hui reste discutée.
Deux siècles plus tard, Zu Chongzhi obtient la fraction 355/113 en poursuivant cette méthode. Cette précision reste longtemps inégalée. Pourtant, ce résultat se perd en Chine, où Qin Jiushao emploie une approximation moins bonne au XIIIe siècle. Sous les Yuan, Zhao Youqin le retrouve en partant d'un carré.
Sources : J.-P. Delahaye, Le fascinant nombre π ; J.-P. Escofier, Petite histoire des mathématiques (2016) ; Wikipédia, articles « Algorithme de Liu Hui pour π » et « Liu Hui's π algorithm ».
Énoncé
Pour comprendre
Conditions d'application
- La méthode travaille sur des polygones réguliers inscrits dans le cercle, dont on double le nombre de côtés à chaque étape, de l'hexagone au polygone de 12, 24, 48 côtés, et ainsi de suite.
- La précision dépend du nombre de côtés retenu : à 192 côtés, on obtient \(3{,}141024 < \pi < 3{,}142704\) ; à 3 072 côtés, la valeur atteint 3,14159.
Cas d’usage
- Calculer \(\pi\) aussi précisément qu'on le veut : en doublant sans cesse le nombre de côtés d'un polygone inscrit dans le cercle, l'algorithme encadre \(\pi\) dès 192 côtés, et donne cinq décimales exactes, 3,14159, avec un polygone de 3 072 côtés.
- Obtenir une valeur commode pour les calculs : une récurrence entre les côtés et les flèches (la distance du milieu d'un côté au cercle) de polygones successifs conduit à la fraction \(3927/1250 = 3{,}1416\), qui s'écarte de \(\pi\) de moins d'un cent-millième.
Liens
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Sources
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